冲压工艺与模具的发展应用

陈杰

摘 要：模具是工业生产中积极重要而又不可或缺的特殊的基础工艺装备，工业要发展，模具须先行。没有高水平的模具，就没有高水平的工业产品。现在，模具工业水平既是衡量一个制造业国家水平高低的重要的标志，也是一个工业国家产品保持国际竞争力的重要保证之一。本文主要介绍冲压工艺及模具当前的状况以及其未来发展趋势。

关键词：冲压；模具；现状；发展；应用

1概述

1.1冲压的概念

冲压（sheet metal forming；stamping）利用模具在压力机上将金属板材制成各种板片状零件和壳体、容器类工件，或将管件制成各种管状工件。这类在冷态进行的成型工艺方法称为冷冲压，简称冲压。

冲压加工是借助于常规或专用冲压设备的动力，使板料在模具里直接受到变形力并进行变形，从而获得一定形状，尺寸和性能的产品零件的生产技术。板料，模具和设备是冲压加工的三要素。按冲压加工温度分为热冲压和冷冲压。前者适合变形抗力高，塑性较差的板料加工；后者则在室温下进行，是薄板常用的冲压方法。它是金属塑性加工（或压力加工）的主要方法之一，也隶属于材料成型工程技术。

冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件[1]。

1.2 冲压的特点

冲压是高效的生产方法，采用复合模，尤其是多工位级进模，可在一台压力机（单工位或多工位的）上完成多道冲压工序，实现由带料开卷、矫平、冲裁到成形、精整的全自动生产。生产效率高，劳动条件好，生产成本低，一般每分钟可生产数百件。与机械加工及塑性加工的其它方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下：

（1）冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工，普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次，高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上，而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。

（2）冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量，而模具的寿命一般较长，所以冲压的质量稳定，互换性好，具有“一模一样”的特征。

（3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。

（4）冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。

由于冲压具有如此优越性，冲压加工在国民经济各个领域应用范围相当广泛。例如，在宇航，航空，军工，机械，农机，电子，信息，铁道，邮电，交通，化工，医疗器具，日用电器及轻工等部门里都有冲压加工。不但整个产业界都用到它，而且每个人都直接与冲压产品发生联系。像飞机，火车，汽车，拖拉机上就有许多大，中，小型冲压件。小轿车的车身，车架及车圈等零部件都是冲压加工出来的。据有关调查统计，自行车，缝纫机，手表里有80%是冲压件；电视机，收录机，摄像机里有90%是冲压件；还有食品金属罐壳，钢精锅炉，搪瓷盆碗及不锈钢餐具，全都是使用模具的冲压加工产品；就连电脑的硬件中也缺少不了冲压件[2]。

2冲压模具的当前状况

在国家产业政策的引领与支持下，经过前辈们的不断努力创办下，目前我国在设计与制造冲压模具方面取得了较好的成果。近几年，模具工业增长速度达到了15%左右，其中模具工业企业的所有制成分也伴随着巨大的变化。

近年许多模具企业对技术进步的投资明显加大了力度，并视技术进步为企业发展的主要推动力。部分国内模具企业对二维CAD大力普及，同时开始使用Pro/E、PDX、NX等国际通用软件。由于相关机构与高校等多方面的努力，中国在模具CAD/CAE/CAM技术方面荣获了卓越的成果，不仅对模具质量进行了改良，对模具设计的制造周期也有所缩减。例如：吉林大学汽车覆盖件成型技术所研制的汽车覆盖件冲压成型分析KMAS软件、华中理工大学模具技术国家重点实验室研发的汽车覆盖件模具和级进模CAD/CAE/CAM软件。

我国模具工业目前虽取得了显著的进步，但值得深思的是许多方面较其他发达国家还有些不足，需要及时解决。较国外的模具制造而言，我国模具制造存在以下几点的不足：

（1）模具使用覆盖率和标准化程度低，虽然汽车模具标准件的使用覆盖率从，20世纪末的25%～30%上升到45%左右，但是離国际70%～80%的水准还是有非常大的提升空间。

（2）缺少大型、复杂、长寿命模具对需求模具量庞大的现代工业的更新换代进行了制约。在我国，许多模具厂的加工设备不够先进，其中精度弱、役期久、效率低等问题导致目前的生产能力对需求量的供应只有60%左右。

（3）模具寿命短、材料利用率低国外。通过分析统计大量的失效模具，可知引起模具失效有以下几个原因；由热处理操作失误占据45%，因模具结构设计不合理、选材偏差占据25%，由于使用条件等因素占据了20%，因加工工艺因素占据了10%。

（4）在对模具CAD/CAE/CAM技术的开发方面有待提高、技术的普及率低，只有仅仅在约10%的模具的设计中运用了CAD技术，要想达到全面熟练运用此类新开发技术还得经过长期的摸索；由于对工艺设备方面和先进适用的制造装备的缺乏，只有5%左右的模具制造设备采用了CAM技术。

3冲压模具未来发展趋势

模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。达到这一要求急需发展如下几项：

（1）全面推广CAD/CAM/CAE技术

模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度；进一步扩大CAE技术的应用范围。计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。

（2）高速铣削加工

国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。

（3）模具扫描及数字化系统

高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的CAD数据，用于模具制造业的“逆向工程”。模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用，相信在“十五”期间将发挥更大的作用。

（4）电火花铣削加工

电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工，因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。预计这一技术将得到发展。

（5）提高模具标准化程度

我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。国外发达国家一般为80%左右。

（6）优质材料及先进表面处理技术

选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具热处理的发展方向是采用真空热处理。模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积（TiN、TiC等）、等离子喷涂等技术。

（7）模具研磨抛光将自动化、智能化

模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。

（8）模具自动加工系统的发展

这是我国长远发展的目标。模具自动加工系统应有多台机床合理组合；配有随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统。

4冲压模具的应用

4.1汽车冲压模具标准件的应用

随着汽车市场的全球化竞争加剧，为降低新车开发成本，国外汽车制造厂如福特、菲亚特等已经成立了中国模具采购中心。通用公司已关闭了本国5个模具厂中的4个，转向中国采购。而与此同时，国内已经涌现了一批具备承接世界汽车模具生产能力的厂商。国际汽车巨头加大在华采购力度，使我国汽车覆盖件模具的出口量迅速增加。汽车冲压模具标准件是模具重要组成部分之一，其采购金额约占模具原材料总采购金额的约 20%～50%左右。从使用频率上看，冲孔工具、弹性元件、导向部件、连接部件、吊具等类别占模具零部件绝大部分比例；从采购金额上看，滑动CAM、氮气缸、导向产品、电子布线等类别占用模具采购成本的绝大部分份额[3]。

4.2机械零件精加工中现代冲压模具的应用

机械加工技术中传统的加工技术是粗加工，冲压模具加工是精加工，机械零件在精加工技术的加工下，将其质量进行提升。对于机械制造业来讲冲压模具是一种较为特殊的机械零件加工设备，通过压力对机械零件进行加工制造。

随着我国工业生产技术的不断提升，机械制造业的生产技术、生产设备都在不断的更新和进步，冲压模具是通过压力实现对机械零件的加工制造，和其他的机械零件加工生产方法有所不同，冲压模具为机械零件的精加工创造非常多的优点。现代冲压模具根据机械零件加工方式的不同，可以分为冲剪模具、弯曲模具、成型模具、压缩模具等，冲压模具的不同冲压加工方式，有不同的加工优势，不仅可以将机械零件的公差减小，提升机械产品的加工精度，还可以将机械生产成本降低，提高企业的经济效益，所以冲压模具在机械生产中的位置是其他机械生产设备无法替代的，冲压模具的冲压加工将工件的加工速度提升，而且操作方便，有很高的安全性[4]。

5总结

冲压模具工业方面在我国得到了令人满意的提升，但从总体看，技术水平较工业发达国家仍存在一些不足之处。为了建设中国工业强国，模具工业需要立足国情、顺应社会现代化的发展找出一条切实行的道路。这要求模具工业不断提升自主创新能力，将信息技术以及高校技术与模具工业的制造技术融会贯通。

参考文献

[1]http：//baike.sogou.com/v254437.htm？fromTitle=冲压

[2]柯旭贵，张荣清.冲压工艺与模具设计[M].北京：机械工业出版社.2012.9.

[3]邓磊，马宝顺.汽车冲压模具标准件应用现状及趋势[J].模具制造，2017，17（04）：1-5.

[4]徐荣其.机械零件精加工中现代冲压模具的應用研究[J].科技与企业，2014，（02）：274-275.

（作者身份证号码：320902198308146034）